（控制科学与工程专业论文）基于sdh的多业务传送平台的研究及开发.pdf

摘要 基于s d h 的多业务传送平台的研究及开发 摘要 随着互联网的发展，电信网的业务种类不断翻新，业务容量正逐年增 长，使电信市场对网络资源、网络带宽、业务配置及性能升级展开了激烈 的竞争。因此，电信运营商采取有效的手段来提高网络运营效率和市场竞 争能力。基于s d h 的多业务传送平台( m s t p ) 应运而生，它是在s d h 技术上增加对数据业务的支持，特别是对以太网业务的支持，有效地解决 了网络带宽问题。该技术可广泛应用于城域网的核心层、汇聚层和接入层， 具有较好的市场竞争力和发展前景。 本论文以m s t p 技术为基础，研究与开发了m s t p l 5 5 2 4 系统。该 系统支持s t m 1 ( 1 5 5 5 2 m b s ) 光接口，可实现以太网、e 1 等数据业务以 及6 4 k 语音业务接入与传输，其最小颗粒为6 4 k b p s 的交叉连接，可应用 于传输网络中的分插复用器( a d m ) 和终端复用器( t m ) 。 本论文论述了m s t p 技术的应用背景与发展状况、m s t p l 5 5 2 4 系统 组成以及嵌入式应用程序开发环境，设计了系统的硬件实现框图和软件的 整体架构，并实现了系统的故障监控和性能监控功能，最后在软硬件相结 合的基础上对系统的主要业务( e l 和以太网) 进行了调测，灵活实现了 6 3 个v c 1 2 的交叉连接，其性能指标均符合国家相关标准和行业标准。 该系统已广泛应用专网通信和三级骨干网等通信领域。 关键词：m s t p ，e o s ，f m & p m ，交叉连接，自愈环 a b s t r a c t t h ed e v e l o p m e n ta n d s t u d yo fm u l t i s e r v i c e st r a n s p o r t p l a t f o r mb a s e do ns d h a b s t r a c t a sar e s u l to ft h ed e v e l o p m e n to ft h ei n t e r n e t ，b o t ht h et y p e sa n dt h e v o l u m eo fs e r v i c e sp r o v i d e db yt e l e c o m m u n i c a t i o n sn e t w o r k sa r eg r o w i n g y e a rb yy e a r , w h i c ht r i g g e r saf i e r c ec o m p e t i t i o n o nn e t w o r kr e s o u r c e s ，n e t w o r k b a n d w i d t h sa n d p e r f o r m a n c eu p g r a d e i nt h et e l e c o m m n i c a t i o n m a r k e t s t h e r e f o r e ，t e l e c o mo p e r a t o r sa p p l yav a r i e t yo fm e t h o d st oi m p r o v e t h en e t w o r ko p e r a t i n ge f f i c i e n c ya n dt h e i rc o m p e t i t i v ep o w e r m s t p ( m u l t i p l e s e r v i c e s t r a n s p o r tp l a t f o r m ) b a s e d o ns d hc a m e i n t o b e i n g a c c o r d i n g l y , m s t ps u p p o r t sd a t as e r v i c ee s p e c i a l l ye t h e r n e ts e r v i c e ，w h i c h s o l v e st h eb a n d w i d t hi s s u ee f f i c i e n t l y t h em s t p t e c h n i q u ei sw i d e l ya p p l i e d i nt h ec o r el a y e r ，c o l l e c t i o nl a y e ra n da c c e s sl a y e r o ft h em e t r o p o l i t a na r e a n e t w o r ka n di te a r n sab e t t e rm a r k e tc o m p e t i t i o na n dab e t t e rf u t u r ep r o s p e c t t h i st h e s i si sb a s e do nt h em s t p t e c h n i q u e ，s t u d y i n ga n dd e v e l o p i n gt h e m s t p l 5 5 - 2 4s y s t e m i t s u p p o r t ss t m - 1 ( 1 5 5 5 2 m b i tp e rs e c o n d ) o p t i c a l i n t e r f a c e ，w h i c he n a b l e st h et r a n s m i s s i o na n da c c e s s i n go fe t h e r n e t ，e1a n d 6 4 kv o i c es e r v i c e s t h ec r o s s c o n n e c to f6 4 kt i m es l o t sc o u l db ea p p l i e di n a d ma n dt m t h i st h e s i se x p o u n d st h ea p p l i c a t i o nb a c k g r o u n da n dt h ed e v e l o p m e n t l 北京化工人学硕i j 学位论文 s t a t u so fm s t p , t h e ni n t r o d u c e st h ec o n s t i t u t i o no ft h em s t p15 5 2 4s y s t e m ， s o f t w a r ee n v i r o n m e n tf o ra p p l i c a t i o nd e v e l o p m e n t d e s i g nt h eb l o c kd i a g r a m o fh a r d w a r ea n dt h ew h o l es t r u c t u r eo fs o f t w a r e ，r e a l i z i n gt h ef a u l tm o n i t o r i n g a n dp e r f o r m a n c em o n i t o r i n go ft h es y s t e m f i n a l l y , t h em a jo rs e r v i c e s ( e1a n d e t h e m e t ) p a s st h et e s t i n gb a s e do nt h ej o i n to ft h es y s t e mh a r d w a r ea n d s o f t w a r e ，u s i n gv i r t u a lm a p p i n gc a na c h i e v ei n f l e x i b l ec r o s sc o n n e c t i o no n s i x t y - t h r e ev c - 12 ，m e e t i n gt h en a t i o n a ls t a n d a r da n di n d u s t r ys t a n d a r d t h e s y s t e mi sa p p l i e dw i d e l yi np r i v a t en e t w o r ka n dt h i r dc l a s sb a c k b o n en e t w o r k a n do t h e rc o m m u n i c a t i o nf i e l d s k e y w o r d s ：m s t p ，e o s ，f m & p m ，c r o s s - c o n n e c t i o n ，s e l f - h e a l i n g w 北京化工大学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下， 独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本 论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文 的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本 人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 作者签名：j 狲塑晒譬一日期：j 蟹丛扯 关于论文使用授权的说明 学位论文作者完全了解北京化工大学有关保留和使用学位论文 的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属北 京化工大学。学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印 件和磁盘，允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全 部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存、汇编 学位论文。 保密论文注释：本学位论文属于保密范围，在上年解密后适用 本授权书。非保密论文注释：本学位论文不属于保密范围，适用本授 权书。 作者签名：壹l 亟 日期： 导师签名：日期： 迎丛z 2 迦z 2 ：至z 第一章绪论 1 1m s t p 应用背景 第一章绪论 随着互联网的发展，电信网的业务种类不断翻新，电信网的业务容量正逐年迅速 增长，导致了电信市场对各种业务配置与升级、以及网络资源都展开了激烈竞争。而 在骨干网业务层竞争中，s d h ( s y n c h r o n o u sd i 西t a lh i e r a r c h y ，同步数字体系) 以其 独特的技术优势，占领了大多数的市场份额，在传输网中最终形成了多家厂商产品共 存、多家运营商的电信业务相互竞争的局面【l 】。在此之后，在宽带业务方面又展丌了 较为激烈的竞争。同时，新兴的电信运营商为了向用户提供高速的数据接入服务，而 大量采用现有的宽带通信技术，这样就给已拥有大量通信基础服务设施的电信运营商 带来了较大的威胁。所以，对拥有大量通信基础服务设施的运营商来说，在已有多家 厂商的通信设备构成s d h 网络的基础上，通过在s d h 环网上承载i p 等宽带数据业 务的方式来提高市场竞争能力和网络运营效率，从而实现现有的通信网络向下一代的 通信网络平滑过渡，这将成为网络建设考虑问题的重中之重【2 】。 因此，人们提出了下一代电信网( n g n ，n e x tg e n e r a t i o nn e t w o r k ) 的概念，下 一代电信网络就是纯i p ( i n t e m e tp r o t o c 0 1 ) 的智能网络。但是i p 技术在q o s ( q u a l i t y o fs e r v i c e ) 保证能力和网络故障恢复能力方面存在欠缺，对于t d m ( t i m ed i v i s i o n m u l t i p l e x i n g ) 业务的支持能力比较弱，尤其是其不支持时钟传送功能【3 】。而传统的 s d h 技术主要是适用于固定带宽的t d m 业务的传送，而对于传送带宽可变的分组业 务时显得力不从心。为了能够在向纯m 城域网环境过渡的同时保证对传统t d m 业务 的支持，现阶段城域网建设中比较可行的方案是多技术集成，这种方案综合了i p 的 灵活性、a t m ( a s y n c h r o n o u st r a n s f e rm o d e ) 的q o s 支持能力、s d h 的快速自愈和 w d m ( w a v e l e n g t hd i v i s i o nm u l t i p l e x i n g ) 的大带宽等技术优势，通过各技术的融合 来达到对多业务支持的目的。这种集成方式不是现有分立技术的简单堆积，而是在这 些技术基础上的创新，有着自己的技术基础【4 】。 基于s d h 的多业务传送平台正是在这种环境下产生的，多业务传送平台( m u l t i p l e s e r v i c e st r a n s p o r tp l a t f o 肌，m s t p ) 在s d h 技术上增加对数据业务的支持，特别是 对以太网业务的支持，对于拥有庞大s d h 网络和大量t d m 业务的运营商来说是最直 接有效的解决方案，它具有突出技术优势和广阔应用前景。由于m s t p 技术能够提供 对多种业务的支持，具有灵活的带宽管理策略，支持容量的平滑扩充，因此其可以应 用在城域网的核心层、汇聚层和接入层，是城域网众多建设技术中最有竞争力的技术 专一【5 】 ，。o 北京化t 人学硕i ：学位论文 从s d h 角度讲，s d h ( s y n c h r o n o u sd i g i t a lh i e r a r c h y ，同步数字系列) 是一个将复 接、线路传输及交叉功能结合在一起并由同统一网管系统进行管理操作的综合信息网 络技术。引入和使用该体系设备组成的网络，可以实现高效、高智能、高灵活性和高 生存力的、维护功能齐全、操作运行廉价的电信网【6 】。同时，s d h 具有标准的开放型 接口、强大的自动保护能力、完善的网络管理、丰富的o a m ( 运行、维护和管理) 开销， 为新业务、新接口的加入提供了保证。因此，在s d h 上传输以太网数据业务，不仅 具有普遍意义，还可以实现以太网和s d h 的优势互补，扩展以太网所覆盖的物理范 围；同时能充分利用现有网络资源，提升电信网络的运营能力，实现s d h 上的多业 务平台和用户局域网的远距离互联7 1 。 同时，多业务传送平台是城域网的基础电信平台，是城域网网络运营的基础。传 送网已经由传统的配套网演化成为一种具有核心地位的业务网，高效的、稳固的、可 扩展的综合业务基础传输平台是城域网建设的重点。综合考虑技术的先进性、成熟性、 实用性，基于s d h 多业务传送平台的城域传送技术以良好的继承性、可扩展性和可 管理性，成为城域传输网建设的首选技术之一【5 1 。 1 2m s t p 发展状况 随着a t m 技术应用逐渐减少，m s t p 技术支持以太网数据业务的这一特点就为 其革新提供了充分条件，同时在技术创新和网络发展的驱动下，m s t p 正在从第一代 m s t p ( 仅支持以太网透传功能) 、第二代m s t p ( 可提供以太网二层交换功能) 到第 三代m s t p ( 提供以太网数据的q o s 支持) 过渡这一发展历裂引。 第一代m s t p 主要特点是提供以太网透传功能，包括以太网m a c ( m e d i a a c c e s s c o n t r 0 1 ) 帧、v l a n ( v i r t u a ll o c a la r e an e t w o r k ) t a g ( 标记) 的透明传输。以太网 业务透明传输是指来自以太网的数据信号直接进行速率适配和g f p 协议封装后，映 射至s d h 的v c 中，而不需要经过二层网络交换；然后通过a d m 在两点之间进行传 送。这种传输方式实现起来比较简单，可在s d h 芯片中添加处理以太网业务的功能 或是在a d m 上增加处理以太网业务的板卡，但是这些只实现了以太网数据业务在 s d h 网络中的传输，无法实现以太网业务通道之间的带宽共享与统计复用，严重消耗 网络带宽资源【9 】。以上阐述指出了第一代m s t p 只是将以太网在m s t p 中“传起来 ， 以太网业务保护也依赖于s d h 所提供的物理层保护，缺乏业务层的保护，且q o s 也 无法保证。 第二代m s t p 主要特点是提供以太网二层交换功能。该功能是指在用户以太网接 口与独立的基于s d hv c 的通道之间，在以太网数据链路层的实现了包交换，从而保 证了以太网业务的透明性。以太网链路传输数据带宽可配，其数据帧的封装采用 2 第一章绪论 p p p ( p o i n tt op o i m ) 或g f p l a p s ( g e n e r i cf r a m i n gp r o c e d u r e l i n ka c c e s sp r o c e d u r es d h ) 协议：映射通过采用多链路点到点协议或v c 通道的虚级联技术保证了数据帧在传输 过程中的准确性与完整性【1 0 】。 第一代m s t p 和第二代m s t p 相比较而言，后者主要优势在于改进了业务带宽共 享和以太网隔离等方面，包括用户物理隔离、基于8 0 2 3 x 的流量控制与基于 s t p r s t p ( s p a n n i n gt r e ep r o t o c o l r a p i ds t p ) 的业务层保护以及v l a n 划分等。但是， 第二代m s t p 也存在很明显的弊端：一是二层交换是面向无连接的，没有提供良好的 q o s 机制；二是基于s t p r s t p ( 生成树快速生成树) 的业务层保护倒换速度太慢， 无法满足电信运营商的要求；三是带宽共享仅是对本地接口而言的，缺乏全局的意义。 四是v l a n 地址空间有限，削弱了m s t p 在中心节点的扩展能力，根本无法适应大 型城域网络的应用环境；五是二层交换在环形网络拓扑中交换效率相对较低，比较适 合于星型网络，导致组阿方式不灵活。也就是说，这两代的m s t p 设备都不能保证为 以太网业务提供健全的q o s 机制，其根本原因是因为采用了面向无连接的以太网技 术，不能提供的q o s 处理能力i l 。因此，为了满足网络中日益增长的数据业务量和 对具备完善的q o s 机制，具有灵活高效特点的第三代m s t p 将势在必行。 第三代m s t p 主要特点是对以太网业务建立完善的q o s 机制。其原理是在s d h 和以太网之问引入中间适配层如多协议标签交换( m p l s ：m u l t i p r o t o c o ll a b e l s w i t c h i n g ) 技术，同时还综合了各种先进技术便于提升数据处理能力与q o s 支持能 力，同时还利用g f p 协议对以太网数据帧进行封装，并映射至s d h 虚容器，利用 v c a t 和l c a s 技术增强数据传输带宽利用率，具有较强的灵活性【1 2 】。 1 3 课题的提出 随着市场需求r 益增大和m s t p 技术同渐成熟，有关m s t p 设备的研发是当前 s d h 技术研究与工程应用的热点。国内外设备提供商针对市场上不同用户的需求，结 合自己的技术特点与优势，推出了各种不同应用网络的多业务传送平台解决方案。同 时，通信设备制造厂商根基自身技术积累，尽快掌握拥有自主知识产权的核心技术， 增强市场竞争力，具有广泛的经济效益和社会效益。 本课题以m s t p 技术为基础，研究与开发了m s t p l 5 5 2 4 系统。其速率支持s t m 1 ( 1 5 5 5 2 m b s ) 的光接口输入，主要应用于传输网络中的分插复用器( a d m ) 和终端 复用器( t m ) ，可实现百兆以太网、v 3 5 、v 2 4 、e l 等数据的接入，以及6 4 k 语音 的传输，其最小颗粒为6 4 k 时隙的交叉连接。 本论文是在m s t p l 5 5 2 4 项目的研究开发基础上完成的，主要是e l 、以太网等数 据业务、6 4 k 语音业务在s d h 中复用与解复用过程，包括硬件结构、系统软件的设 北京化t 大学硕士学位论文 计与实现。针对m s t p l 5 5 2 4 系统的开发环境和开发工具、测试工具及测试方法做了 具体的研究。本课题实现的嵌入式应用程序已经实际应用于m s t p l 5 5 2 4 系统，并通 过了瑞光极远公司全面严格的测试。 在m s t p l 5 5 2 4 项目中，我所做的具体工作如下： ( 1 ) 参与整个设系统功能模块划分以及硬件原理实现过程，将m s t p l 5 5 2 4 的功能划 分为光口o c n 部分、交叉连接部分、m c u 部分、时钟处理部分、控制和通信部 分、数据封装处理单元、自动保护倒换部分等。 ( 2 ) 熟悉主业务芯片的功能，对应用程序软件架构进行设计，着重对故障分析与性能 监控部分进行研究与设计。 ( 3 ) 负责整个系统性能测试和网管系统测试。 1 4 本论文的章节安排 全文共分为七章，第一章绪论介绍了m s t p 的应用背景和发展状况，以及课 题来源和我所做的工作。第二章m s t p 功能与特点介绍了m s t p 技术的主要特点、 逻辑功能块组成以及自愈环网做了详细的介绍。第三章告警与性能统计主要讲述 了m s t p l 5 5 2 4 系统中的告警和性能监控。第四章系统硬件结构和功能主要讲述 了m s t p l 5 5 2 4 系统的硬件结构组成与主要功能模块。第五章系统软件架构设计 主要讲述了系统软件架构的设计思路及故障与性能监控部分模块的功能实现过程。第 六章系统测试主要讲述了系统业务的测试方法以及实际业务配置操作。第七章结 束语主要是对本课题研究成果的总结。 4 第二章m s t p 功能与特点 2 1m s t p 特点 第二章m s t p 功能与特点 在城域网建设中，能够满足多种业务( 主要是数据业务和电路交换业务) 传送要求 的、基于s d h 技术的多业务传送技术称为基于s d h 的多业务传送平台实现技术，简称 m s t p 技术【1 3 】。 m s t p 是将传送节点与各种业务节点融合在一起，构成具有更大融合程度、业务 层和传送层一体化的网络节点。其具体实现是将多种不同业务映射进不同的s d h 时 隙，而s d h 设备与层2 和层3 乃至层4 分组设备在物理上集成为一个实体，多个独 立节点设备融合成一个整体，利用任意物理接口可以提供任意层l 、层2 和层3 业务。 其结果是减少了机架数、机房占地、降低了功耗、减少了架间互连、简化了电路分配、 加快了业务提供速度、改进了网络、节省了运营维护成本，还可以提供诸如虚拟专用 网或视频广播等新的增值业务。特别是集成了口选路、以太网、帧中继和a t m 后， 可以通过统计复用及超额订购业务来提高带宽利用率和减少局端设备的端口数，使现 有的s d h 基础设施最佳化；其次可以为任何模块上的任何端口提供层1 、层2 和层3 业务的任意组合，而不管物理接口类型是什么；最后，多业务节点还可以方便地完成 协议终结和转换功能，使运营者可以在网络边缘提供多种不同业务，而同时将这些业 务的协议转换成特有的骨干网协 ：；( 【。 m s t p 技术是在s d h 的基础上提供对多种业务的支持，继承了s d h 技术的诸 多优点；实现了网络的平滑过渡，有着突出的技术优势和市场优势；在全程全网范围 进行高效的协调一致的管理和操作；提高网络资源利用率。因此，基于s d h 的多业 务传送平台实现技术的研究和基于s d h 的多业务传送节点设备的设计与开发有着较 为广阔的发展前景。 2 2m s t p 功能块组成 为了便于不同厂家基于s d h 多业务传送平台的兼容性，i t u t 对s d h 设备进行 了规范，采取了功能参考模型方法，将设备应具备的功能分解成各种标准的功能块， 不同的设备可由这些基本的功能块灵活组合，实现设备不同的功能，其中功能块的实 现与设备的物理实现无关【1 4 】。一个t m 设备的典型功能块组成，如图2 1 所示： 北京化丁大学硕- 学位论文 。1 。1 。1 1 。1 。1 。 g h o l 2 m b 倍t ! 三! 1 3 m b j r 吐l 鼠2 h b 虑力捌 g h p t l o ih o p p lp 1l p af 1l p th 1l p chh p ap i h p t 卜o h a i 口 f 蕾口 簟口 臣计f 可一辨阿步 图2 - 1 设备功能块组成 f i g 2 - 1b l o c k so ft h ed e v i c ef u n c t i o n 各个功能块说明如下： 表2 - 1 设备功能块说明 名称功能块说明名称功能块说明 ( 1 ) r r f ：传送终端功能块 t r f 由s p i 、r s t 、m s t 、m s p 、m s a 这五种基本功能块组成，其主要功能是将 接收到光信号转变为复用段的净荷信号，或是逆过程。实现过程如下：在收方向对 s t m 1 光线路进行光电变换、处理再生段复用段开销、保护复用段信号、处理指针 a u p t r ，最后输出s t m 1 信号；发方向与收方向过程相反，v c 4 信号进入t t f ，输 出s t m 1 光信号。 ( 2 ) h p c l p c ：高阶f 氐阶通道连接功能块 h p c l p c 是一个交叉连接矩阵，实现了v c 4 v c l 2 交叉连接功能，即v c 之间灵 活的分配和连接，其交叉连接只指改变v c 的路径，不对信号进行处理。一个m s t p 系统功能强大主要取决于交叉能力【1 5 】。 ( 3 ) h o i l o h 高阶低阶接口功能块 6 第- 二章m s t p 功能j 特点 h o i 是由h p t 、l p a 、p p i 这三个基本功能块组成，h o i l o i 其功能是将 1 4 0 m b p s 2 m b p s 的p d h 信号映射复用到v c 4 v c 1 2 ，或者做相反的处理。 ( 4 ) h o a ：高阶组装器 h o a 由h p t ( 高阶通道终端) 和h p a ( 高阶通道适配) 组成，其主要功能是将 2 m b p s 和3 4 m b p s 数据信号通过映射、定位、复用，装入c 4 帧中，或做相反的处理， 即从c 4 中解复用出2 m b p s 和3 4 m b p s 的信号【1 6 】。 ( 5 ) 辅助功能块 辅助功能块包括s e m f 、m c f 、o h a 、s e t s 、s e t p i ，与基本功能块构成设备所 需的完整功能。 2 3m s t p 自愈环网 环网络是指网上的每个节点都通过双工通信设备与相邻的两个节点相连，从而组 成一个封闭的环。利用s d h 的分插复用器或交叉连接设备可以组建具有自愈功能的 s d h 环网络。针对光纤线路保护倒换而形成的s d h 自愈环( s h r ：s e l f - h e a l i n gr i n g ) ， 不仅提高了网络的生存能力，网络恢复时间很短( 可小于5 0 m s ) ，具有良好的业务量 疏导能力，而且降低了倒换中备用路由的成本，在网络规划中起到重要作用，在中继 网、接入网和长途网中都得到了广泛的应用【7 1 。 自愈是指在通信网络发生故障时，不需要手动控制，通信线路自动地在5 0 m s 时间 内使各项业务自动从故障中恢复，保证业务传输的完整性与及时性，让用户几乎感觉 不到网络的中断性。自愈的基本原理就是设备利用其冗余能力检测到网络中断并尽快 找到备用的传输线路实现重新建立通信。因此，具有自愈能力的网络棋先决挑时间是 网元要具备强大的交叉能力、冗余的路由以及智能的网元。此外，自愈仅是利用备用 信道线路将中断的业务恢复，并不涉及具体的故障部件，所以当有故障点时，仍需要 人工维修操作【1 8 】。 s d h 的自愈环是一种比较复杂的网络，在不同的场合有不同的分类方法。 ( 1 ) 按照进入环的支路信号方向与该支路信号目的节点返回的信号( 即返回业务信号) 方向是否相同来区分，可以分为单向环和双向环。 ( 2 ) 按照环中每一对节点间所用的光纤的最小数量来分，可以划分为二纤环和四纤环。 ( 3 ) 按照保护倒换的层次来分，可以分为通道倒换保护和复用段倒换环；从抽象的功 能结构观点来划分，通道保护环属于子网连接保护，复用段倒换环则属于路径保 护【19 1 。 a p s ( a u t o m a t i cp r o t e c t i o ns w i t c h i n g ) 协议是环网中实现自动保护倒换的标准。为 了保证收发两端能正确完成倒换功能，s d h 帧结构的段开销中使用了两个自动保护倒 7 北京化工大学硕士学位论文 换字节k 1 和k 2 ，以实现a p s 倒换协议。其中： k 1 字节表示请求倒换的信道； k 2 字节表示确认桥接到保护信道的信道号；( 桥接：将相同的业务在工作和保护 通路商同时发送的动作) 。 a p s 协议的操作过程可见图： 上游站下游站 i 首 v l r 、 一 尾 一j 端 j 端 i 保护通路 首 k l 、k 2 一 尾 一一f j 端 一一一k l 端 一 、! i 一t 一- 一 一( 萄k 2 ：工作信号：保护信号p s ：保护倒换 图2 - 2 线性自动保护切换过程 f i 9 2 - 2t h ep r o c e s so fl i n e a ra u t o m a t i cp r o t e c ts w i t c h ( 1 ) 当某工作通路出故障后，下游端会很快检测到故障，并利用上行方向的保护 光纤送出k 1 字节，k 1 字节中包含了故障通路的编号； ( 2 ) 上游端收到k l 字节后，将本端下行方向工作通路光纤桥接到下行方向的保护 光纤，同时利用下行方向的保护光纤送出k 1 和k 2 ( b l b 5 ) 字节，其中k 1 字节作为倒换要求，k 2 ( b l - b 5 ) 字节作为证实； ( 3 ) 下游端利用收到的k 2 ( b l - b 5 ) 字节对通路编号进行确认并最后完成下行方 向工作通路光纤与下行方向保护光纤在本端的桥接； ( 4 ) 下游端同时还要按照k l 字节的要求，完成上行方向工作通路光纤与上行方向 保护光纤在本端的桥接； ( 5 ) 下游端经上行方向的保护光纤送出k 2 ( b l - b 5 ) 字节； ( 6 ) 上游端收到k 2 ( b l b 5 ) 字节后将执行上行方向工作通路光纤与保护光纤在 本端的桥接。 通过上述过程，上行方向和下行方向的两根工作通路光纤分别自动倒换至上行方 向和下行方向的两根保护光纤，完成倒换时间必须在5 0 m s 内，包括上下游站点对 k 1 k 2 字节处理时间、k 1 k 2 的传递时间以及各自的倒换时间。应当注意的是： ( 1 ) k 1 和l q 字节总是在保护通路上传送； ( 2 ) 对于1 + 1a p s 结构( 即首、尾端固定桥接的l ：la p s 结构) ，只有尾端决定 倒换，k l 字节仅用于向另一端传送信号状况； 8 第二章m s t p 功能与特点 ( 3 ) 对与1 ：1a p s 结构，当某两个网元之间的两根光纤都断掉时，将导致a p s 协 议中的k l ，k 2 字节无法上传，则l ：l 保护就失效了【2 0 1 。 在本m s t p l 5 5 2 4 系统组网设计，采取了二纤单向通道保护倒换环和二纤单向复 用段保护倒换环。 2 3 1 二纤单向通道保护环 二纤单向通道保护环是以通道保护为基础的，也就是说保护s t m 1 中的某个v c 通道。通道倒换与否要判断环上与本通道有关的其他通道信号质量好坏，通常采取的 方式是判断接收端是否收到t u a i s 告警信号。例如，在s t m 1 环上，若接收端收到 第6 个v c 1 2 有t u a i s 告警时，那就应该将该通道切换至备用通道1 2 1 | 。 通道保护倒换环采用的是1 + 1 的结构，通过网元支路板的“并发选收”功能来实现 的，正常情况下，网元支路板“选收”主环下支路的业务，如图所示2 3 。 c aa c c a a g 图2 - 3 二纤单向通道保护倒换环 f i g 2 - 3t w o - f i b o ru n i d i r e c t i o n a lp a t hp r o t e c t i o nr i n g 若网元a 发送业务，则网元a 支路板会将支路上的业务分别发到主环s l 、备环 p 1 上，其中s l 光纤按顺时针方向将业务信号送至网元c ，p l 光纤按逆时针将同样的 业务信号送至网元c 。而网元c 支路板只会“选收”主环s l 上的a - b 吒业务，实 现网元a w 的业务传送。网元c 靠的业务会经网元d 在主环s 1 和网元b 在备环 p 1 传送，而网元a 处只接收主环s l 上传来的业务【2 2 1 。 当b c 之间的光纤同时断掉时，主环s 1 和备环p l 上的业务还是一样，因为光纤 断开并不影响网元支路板的并发功能。如图2 4 所示。 9 北京化工人学硕士学位论文 caa c 图2 - 4 二纤单向通道保护倒换不例 f i g 2 - 4t w o f i b o ru n i d i r e c t i o n a lp a t hp r o t e c t i o nr i n g 网元a 的支路板将数据信息通过s 1 主坏和p 1 备环并发到网元c ，其中s l 环上的a 到c 业务流向为a 川托，p 1 环上的a 至i j c 业务流向为a d 川，而b c 之间没有光纤通 路导致主环业务无法传输。这时网元c 就会检测到主环上有t u a i s 告警，之后将立即 将该通道切换至备环光纤上，完成a 书间业务传送。当失效的工作信道清除后，系统 会自动将业务切换到主环上【2 3 1 。 为了防止因断断续续的失效而频繁倒换，当工作新到的失效条件清除后，必须经 过一个设定时间以后，信号才能倒换至工作信道。这个设定时间为等待恢复( w t r ) 时间。等待恢复时间一般应设定为5 一1 2 分钟，并能以秒为单位设置。在等待恢复时间 内，不应发生任何倒换。 2 3 2 二纤双向复用段保护环 二纤双向复用段保护环是以复用段为基础，由环上传输的复用段信号质量来决定 倒换与否。保护倒换启动的依据是k 1 、k 2 ( b l b 5 ) 字节所携带的a p s 协议。当复 用段出现故障时，环上所有s t m 1 业务信号均快速切换至备用信道，保证业务的连 续性。复用段保护倒换条件是帧丢失( l o s so f f r a m e ) 、信号丢失( l o s so f s i g n a l ) 、 复用段误码过量( m s e x c ) 、复用段告警指示( m s a i s ) 等告警信掣2 4 1 。 复用段保护倒换环采用的是1 ：1 的倒换结构，主环上传送主用业务，备环空闲或 者传送备用业务。如图2 5 所示，在环路正常时，网元a 书主用业务经s 1 传输，备 用业务( 额外业务) 经p 1 传输，网元c 从主纤s 1 上接收网元a 发来的主用业务， 从备纤p 1 上接收网元a 发来的备用业务。网元c 啾业务的互通与此类似【2 5 1 。 1 0 第_ 二章m s t p 功能j 特点 图2 5 二纤单向复用段保护倒换 f i g 2 5t w o - f i b o ru n i d i r e c t i o n a lm sp r o t e c t i o nr i n g 在c b 光缆段间的主用光纤被切断时，在故障端点的两网元c 、b 产生一个环回功 能如图2 6 所示。 c a a c s 1 p 1 p 1 s 1 d a b c c a a c 侧换 图2 - 6 二纤单向复j j 段保护倒换 f i g 2 - 6t w o - f i b o ru n i d i r e c t i o n a lm sp r o t e c t i o nr i n g ( 1 ) 网元a 川主用业务经网元b 发到光纤s 1 上，当业务传输至故障端点网元b 处 时，需环回至l j p l 光纤上，这时p 1 光纤上的额外业务被清掉，改传网元a 到网元 c 的主用业务，倒换后的主用业务在光纤p l 上传输，路径为a 加吣。 ( 2 ) 由于网元c 只从主纤s 1 上提取主用业务，所以当网元a 的主用业务经光纤 p 1 传输到c 点( 故障端点站) 后，需环回到光纤s 1 上，网元c 从s 1 光纤上下载 网元a 屺的主用业务。 ( 3 ) 网元c a 的主用业务因c _ d a 的光纤s 1 部分并没有中断，所以c 至e j a 的主 用业务的正常传输，只不过备用业务此时被清除。通过这种方式，故障段的 业务被恢复，完成业务自愈功能。 综上所述，二纤单向通道保护环与二纤双向复用段保护环各有利弊。虽然通道保 护环的业务容量远远不如复用段保护环。但从操作和控制协议的复杂性上来说，前者 是保护倒换环中最简单的，不涉及到a p s 协议处理，而后者比较复杂。因此说，在业 务容量不大的情况下，二纤单向通道保护环业务倒换因时间最短而被广泛使用【2 6 1 。 第三章告警，。j 性能统计 第三章告警与性能统计 在m s t p 系统设计时，应考虑该系统应具备完善的故障( f a u l tm o n i t o r i n g ) 和性能 监控( p e r f o r m a n c em o n i t o r i n g ) ，有助于实时地了解设备运行状态，有效地排除设备故 障，提高现场工程师的工作效率。而这些告警、性能事件产生机理是在维护设备时能 正确分析、定位故障的关键所在，本章节对此进行了详细的描述。 3 1 告警及处理过程 为了方便描述，根据信号流的流向，将之分为下行信号流和上行信号流： ( 1 ) 下行信号流：是指信号流向为s d h 接口一交叉板一支路接口这条路由； ( 2 ) 上行信号流：是指信号流向为支路接口_ 交叉板- - - ，s d h 接口这条路由。 两种通用告警： ( 1 ) a i s 告警( 全“1 ”告警) ：对下一级电路插全“l ”，告知该信号不可用。常 见的a i s 告警有m s a i s 、a u a i s 、t u 。a i s 等； ( 2 ) r d i 告警( 远端接收缺陷指示) ：指示对端站检测到l o s 、a i s 、t i m 等告警 后，而传给本站的回告。常见的告警有m s r d i 、h p r d i 、l p r d i 等。 注意：并不是某站有告警就说明该站有问题，只能说明该站检测到了告警。而引 起该告警产生的原因可能来自于对端站或其它原因。如实际中光纤断裂引起的 r l o s 、对端站交叉板坏引起本站h p l o m ( 高阶通道复帧丢失) 告警等【2 1 7 1 。 3 1 1 高阶部分告警 s t m 一 龙 接 l 辕嗣步罄和樽宅| 缎爝殷歼锛娥琏嚣搬钟：睦瑚畦囊阶箍遂拜锛娃建嚣 丹钠毪壤嚣 r s t )m s t ) fm s a 、h 町) l o 叉n r a 1 8 l a l s i 7 y 精孓州s 惫 ，1 划a u - a i s 。， r r - - l o f 1 b 28 2 白幻 嗣e r r ：；竺竺夼 b 1 呻o m _ j m s r 讲 h 4 竺q 丝i l 眨 8 s 嚣篆却 g 1 一 g 1 竺婴 f 行偾骘漉程告簪虹搬或昭齑峥 - 善案害。岛r 鼹嗨1 繁銎釜釜毒，0 图3 - 1 高阶部分告警流程图 f i g 3 - 1f l o wo fh pa l a r m 1 3 北京化t 大学硕士学位论文 如上图中所示，光接口上接收到s t m - n 信号之后，在再生段终端( r s t ) 处理再生 段开销，处理内容包括： ( 1 ) 如检测到l o s 、l o f 告警，向下一级信号插入全“1 码a i s 信号； ( 2 ) 检测b l 字节本端上报b 1b b e 告警； 信号流接下来进入复用段终端( m s t ) 处理复用段开销，处理内容包括： ( 1 ) 如果本端检测到m sa i s 告警，向下一级信号插全“1 ”码发送a i s 信号，向 发端回告m sr d i 告警； ( 2 ) 检测b 2 误码，本端上报b 2b b e ，向发端回告m sr e i 告警； 信号流接下来进入复用段适配器( m s a ) 和高阶通道终端( h p t ) 女j ：n 高阶通道开销， 处理内容包括： ( 1 ) 如果本端检测到a ua i s ( h 1 ，h 2 为全“1 ”) 告警，向下一级信号插全1 码发 送a i s 信号，向发端回告h pr d i 告警； ( 2 ) 检测h l ，h 2 字节，本端产生a ul o p 告警； ( 3 ) 检测j 1 字节，本端产生h pt i m 告警； ( 4 ) 检测c 2 字节，本端产生h p，